成都市小春蔬菜对土壤重金属的富集特性分析_张成.pdf

南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022蔬菜是人们日常饮食中必不可少的食物之一，可提供人体所必需的多种维生素和矿物质等营养物质。成都市因地处成都平原，土壤肥沃，水系发达，光照温度适宜，成为四川乃至全国重要的蔬菜生产基地。根据全国经济作物生产调度系统数据，截至2019年底成都市蔬菜种植面积 16.97 hm2，年产量 591.98 万 t。随着蔬菜的日常需求及政府扶持力度不断加大，成都市蔬菜种植规模持续扩大，产量与产值逐年提升，人们对蔬菜安全生产的要求也随之提高。近年来，随着工业化和城乡一体化的逐步发展，部分工业“三废”、城市生活垃圾及化肥农药等农业投入品中的重金属，通过农事操作和大气沉降等途径不断进入土壤环境，导致土壤中重金属含量呈现出日益增高及复合污染的趋势。受到重金属污染的蔬菜作物将长期处于重金属胁迫环境中，作物光合作用速率和呼吸速率降低；大部分重金属能与植株体内许多酶产生螯合作用，破坏了酶活性，影响蔬菜作物的正常生长，人们食用了受到重金属污染的蔬菜产品也将直接影响身体健康。因此，持续对土壤安全利用进行研究，对于农产品重金属富集特性研究具有积极意义1。不同蔬菜对土壤中各类重金属的吸收能力不同。现有研究报道表明，镉（Cd）相对于其他重金属更容易在茄果类蔬菜中富集2，而铜（Cu）、铅（Pb）更易在叶菜类蔬菜中富集3。蔬菜吸收土壤中的重金属后，大多储存在根系中，只有少部分转移到地上部。现有研究表明：地上部分重金属富集能力显著低于根系，一般来说叶菜类蔬菜食用部分的重金属含量显著低于根菜类蔬菜，但叶菜类蔬菜整体重金属富集能力强于根菜类蔬菜。不同的重金属在土壤和蔬菜中的迁移和富集模式也不同，某些重金属在土壤和蔬菜中分布较为稳定，某些重金属含量会因土壤类型和种植的蔬菜类型不同存在较大差异。利用不同品种蔬菜富集重金属的差异特性，选择不同类型的蔬菜种植于重金属污收稿日期：2022-06-27基金项目：成都市科技转化与推广服务项目（2130106）。作者简介：张成（1986），男，四川邛崃人，硕士，高级农艺师，主要从事耕地土壤环境质量监测、面源污染监测、土壤和农产品检测研究。E-mail：。*为通信作者，E-mail：。张成，李根，朱文杰，等.成都市小春蔬菜对土壤重金属的富集特性分析J.南方农业，2022，16（23）：116-120.成都市小春蔬菜对土壤重金属的富集特性分析张成1，李根1，朱文杰1，何斌1，肖欣娟1，陈媛媛1，吴国艳2，郑罗崇都2*（1.成都市农业技术推广总站，四川成都 610041；2.都江堰市农业农村局，四川成都611830）摘要以成都市金堂县、彭州市、天府新区、都江堰市、郫都区、青白江区和温江区等7个蔬菜种植区域土壤及种植的小春蔬菜为对象，于20192020年对小春蔬菜重金属富集特性进行了田间试验研究。结果表明：试验地土壤基础养分整体表现较好，适宜各类蔬菜的种植；Cd、Pb、Cr、As、Hg在各蔬菜种植区土壤中含量相对稳定，均低于 土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（GB156182018）中土壤污染风险筛选值；重金属在蔬菜中的富集与区域分布无明显相关性，且整体处于较低水平。以白菜Cd富集系数为例，土壤为弱酸性的区域显著高于中性土壤区域，差异幅度约3倍。各类蔬菜对重金属Cd、Hg的富集能力较强，而对其他3种重金属表现较弱的富集能力，平均富集能力排序为CdHgAsPbCr。就单种重金属而言，不同蔬菜的重金属富集存在较大差异，以As最为显著，变异幅度达86倍。关键词小春蔬菜；土壤重金属；基础养分；富集系数；富集特性中图分类号：X835；S63文献标志码：ADOI：10.19415/ki.1673-890 x.2022.23.027116南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022染的菜地，指导人们进行无公害蔬菜栽培和安全生产，可以达到从源头上控制土壤重金属进入蔬菜可食部位的目的。因此，对蔬菜中重金属的富集特性研究具有重要的理论及实际意义。本文以成都市7个蔬菜种植区域土壤及种植的小春蔬菜为对象，进行重金属富集特性分析，旨在弄清成都市各类小春蔬菜对于土壤重金属的吸收富集现状及特征，以期为蔬菜安全生产、重金属低积累蔬菜品种选育及蔬菜产业健康可持续发展提供一定的参考。1材料与方法1.1供试材料及样品20192020年按照随机和多点混合的原则，在成都市金堂县、彭州市、天府新区、都江堰市、郫都区、青白江区和温江区等7个主要蔬菜产区采集基础土壤样品。采样方法为棋盘法，采集020 cm耕作层土壤样品，多点混匀，四分法保留混合样1 kg备用，土壤样品的采集与制备均按照农田土壤环境质量监测技术规范（NY/T 3952012）进行。同时采集当地种植的主要蔬菜样品，包括白菜、大蒜、莴笋、甘蓝、生菜、抱子芥、韭菜。样品采集时间均为各类蔬菜当季采收期，蔬菜样品采集后立即带回，保存于4 冰箱，用于镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、砷（As）、汞（Hg）等5项重金属含量的测定。1.2测定项目及方法1.2.1土壤样品基础土壤样品测定指标包括pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量（CEC）等6项养分指标和重金属镉、铅、铬、砷、汞等5项重金属指标。pH值采用pH计法测定，水土比为2.51；有机质含量采用重铬酸钾-硫酸消化法测定；全氮含量采用凯氏定氮法测定；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；阳离子交换量采用EDTA-乙酸铵盐交换法测定；土壤重金属镉、铅、铬、砷、汞的测定使用原子荧光分光光度法、原子吸收分光光度法进行。1.2.2蔬菜样品蔬菜样品测定指标为镉、铅、铬、砷、汞等5种重金属含量，测定方法同基础土壤样品重金属测定方法。1.3数据处理与评价标准1.3.1土壤养分评价标准土壤养分分级标准参照全国第二次土壤普查养分分级标准，详见表1。表1土壤养分分级标准级别1级2级3级4级5级6级描述很丰富丰富适量缺乏很缺乏极缺乏pH值pH8.5(强碱性)7.5pH8.5(弱碱性)6.5pH7.5(中性)5.5pH6.5(弱酸性)4.5pH5.5(酸性)pH5.5(强酸性)有机质（OM）/gkg-1OM4030OM4020OM3010OM206OM10OM6全氮（TN）/gkg-1TN21.5TN21TN1.50.75TN10.5TN0.75TN0.5有效磷（AP）/gkg-1AP4020AP4010AP205AP103AP5AP3速效钾（AK）/gkg-1AK200150AK200100AK15050AK10030AK50AK301.3.2富集系数计算富集系数（BCF，Bioconcentration factor）是指某种重金属在植物体内与土壤中含量的比值，它反映了植物对土壤中该重金属元素的积累能力，BCF 值越小，则植物对该种重金属的积累能力越弱，土壤抗重金属污染的能力越强。计算公式为：BCF=mcv/mcs（1）式（1）中，mcv表示蔬菜中的重金属含量；mcs表示土壤中的重金属含量。试验中所有数据均采用Excel 2010、SPSS 20.0软件进行统计分析。2结果与分析2.1不同区域的土壤基础养分7个蔬菜种植区域的土壤基础养分测试情况见表2、表3。可以看出，7个地区主要土壤利用类型为旱地和水田，土壤pH值在5.897.09，为弱酸性至中性，以中性土壤居多。从土壤有机质含量检测数据中可以发现，天府新区种植白菜和生菜的菜地是各样点中最低的，为18.04 gkg-1，属于缺乏水平，应注意有机质的提升，以保持土壤肥力；都江堰市种植白菜和抱子芥的菜地有机质含量最高，为32.38 gkg-1，属于丰富水平，其余样点有机质含量在23.5528.62 gkg-1之间，均属于适量水117南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022平。全氮含量范围为1.272.10 gkg-1，整体处于丰富状态；其中天府新区全氮含量最低，为1.27 gkg-1，符合有机质与全氮之间的耦合关系，应注意培肥土壤；都江堰市及青白江区全氮含量超过2.00 gkg-1，均属于很丰富水平。有效磷含量在21.7446.87 mgkg-1，整体处于丰富水平；其中以彭州市有效磷含量最高，为46.87 mgkg-1，属 于 很 丰 富 水 平。速 效 钾 含 量 在38.00177.06 mgkg-1，各地区差异较大，以青白江区最低，为38.00 mgkg-1，处于很缺乏水平，需进行养分调节；温江区为54.90 mgkg-1，属于缺乏水平；其余地区为适量至丰富水平。阳离子交换量（CEC）含量范围为12.1217.50 mmolkg-1，各地之间差异较小。表2不同蔬菜栽培区域的土壤基础养分区域金堂县彭州市天府新区都江堰市郫都区青白江区温江区小春作物白菜、甘蓝白菜、莴笋、大蒜白菜、生菜白菜、抱子芥白菜、大蒜、韭菜白菜大蒜土壤利用类型旱地水田旱地水田旱地、水田水田水田pH值7.065.897.097.056.246.936.54有机质（OM）/gkg-123.5528.6218.0432.3825.9124.0024.17全氮（TN）/gkg-11.531.901.272.051.522.101.75有效磷（AP）/mgkg-135.7546.8721.7435.6838.0726.8522.15速效钾（AK）/mgkg-1122.35177.06151.50127.00100.9338.0054.90阳离子交换量（CEC）/mmolkg-117.5014.5116.3317.1112.1216.8012.18表3不同蔬菜栽培区域土壤基础养分分级区域金堂县彭州市天府新区都江堰市郫都区青白江区温江区pH值中性弱酸性中性中性弱酸性中性中性有机质（OM）适量适量缺乏丰富适量适量适量全氮（TN）丰富丰富适量很丰富丰富很丰富丰富有效磷（AP）丰富很丰富丰富丰富丰富丰富丰富速效钾（AK）适量丰富丰富适量适量很缺乏缺乏2.2不同区域的土壤重金属含量7个蔬菜种植区域不同种植类型下的土壤重金属含量见表4。从整体来看，镉、铅、铬、砷、汞等5种重金属，在7个蔬菜产区的土壤中含量相对稳定。参照土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（GB156182018），对各试验地的土壤重金属进行评估，结果表明，虽然各试验地土壤pH及利用类型不同，但其土壤中镉、铅、铬、砷、汞含量均低于相应的土壤污染风险筛选值。2.3不同种植类型的蔬菜重金属富集7个蔬菜种植区域不同种植类型的蔬菜重金属富集情况见表5。结果表明，在土壤重金属含量较稳定情况下，重金属在蔬菜中的富集与区域分布无明显相关性；重金属在蔬菜中整体富集较少，不同类型蔬菜的重金属富集系数（BCF）均较低，但富集模式各不相同。从不同蔬菜的Cd富集系数来看，韭菜最低，白菜、莴笋、生菜相对较低，而大蒜最高，可能原因是此次采集的大蒜植株样品为地下鳞茎（蒜头），相较于其他蔬菜重金属更易富集；弱酸性土壤的彭州、郫都试验地，白菜Cd富集系数约为其他中性土壤区域白菜的3倍。莴笋、生菜、抱子芥的Pb富集系数显著高于其他蔬菜，其他蔬菜的 Pb富集系数较低且相对稳定。从Cr富集系数可以看出，大蒜更容易富集Cr，莴笋的Cr富集系数同样较高，而生菜可能抗土壤中重金属Cr的污染能力较强，富集系数极低。不同蔬菜的As富集系数差异较大，其中甘蓝、韭菜、生菜的As富集系数极低，而抱子芥的 As 富集系数是甘蓝的 86 倍、韭菜的85倍、生菜的74倍；莴笋的As富集系数也处于较高水平。值得一提的是，结合表4、表5可以看出，Hg在各试验区土壤含量差异较大，但在植株中相对稳定，因此呈现出各试验区土壤Hg含量越高，Hg富集系数反而越低的特点。总体来看，不同试验区不同种植类型的蔬菜对于重金属Cd、Hg的富集能力较强，而对其他 3种重金属则表现出较弱的富集能力。各地区所有种植类型的蔬菜对重金属的平均富集能力排序为CdHgAsPbCr。118南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.20223小结与讨论3.1小结目前成都市主要蔬菜种植区的土壤基础养分整体表现较好，适宜各类蔬菜种植。试验测定的Cd、Pb、Cr、As、Hg在各蔬菜种植区土壤中的含量相对稳定，均低于土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（GB156182018）中土壤污染风险筛选值。基于土壤及植株重金属含量调查结果，表明重金属在蔬菜中的富集与区域分布无明显相关性，且整体处于较低水平。以白菜Cd富集系数为例，土壤为弱酸性的区域显著高于中性土壤区域，差异幅度约3倍。各类蔬菜对重金属Cd、Hg的富集能力较强，而对其他三种重金属则表现出较弱的富集能力，平均富集能力排序为CdHgAsPbCr。就单种重金属而言，不同蔬菜的富集系数存在较大差异，以As最为显著，变异幅度达86倍。3.2讨论重金属在蔬菜中的富集受到多种因素影响，包括土壤类型、土壤重金属含量、土壤pH、蔬菜种植类型及其迁移模式等。就土壤pH而言，相比中性和碱性土壤，酸性土壤中部分重金属更趋于游离，若长期不合理施用氮肥会导致土壤酸化，促使植株富集重金表4不同蔬菜栽培区域的土壤重金属含量区域金堂县彭州市天府新区都江堰市郫都区青白江区温江区种植类型白菜甘蓝白菜莴笋大蒜白菜生菜白菜抱子芥白菜大蒜韭菜白菜大蒜镉（Cd）/mgkg-10.380.450.270.360.380.260.430.430.340.170.280.250.440.16铅（Pb）/mgkg-124.7227.7529.4932.9426.4430.9831.6826.6852.9422.5334.7625.2428.8234.37铬（Cr）/mgkg-153.1090.6796.9077.7895.7375.8958.0863.00100.1071.8973.9471.6962.0782.89砷（As）/mgkg-19.018.634.628.734.979.2114.878.5114.4713.877.888.449.129.77汞（Hg）/mgkg-10.090.140.260.030.420.020.020.050.030.220.330.170.030.07表5不同种植类型的蔬菜重金属富集系数区域金堂县彭州市天府新区都江堰市郫都区青白江区温江区种植类型白菜甘蓝白菜莴笋大蒜白菜生菜白菜抱子芥白菜大蒜韭菜白菜大蒜富集系数（BCF）镉（Cd）3 358.0610-513 839.6010-510 730.9610-57 429.5210-521 829.4410-53 231.3810-59 374.0110-52 948.1510-514 315.9510-59 808.4510-518 978.5710-52 806.8210-53 360.3510-520 315.1910-5铅（Pb）43.4010-570.6310-526.1310-5270.5510-537.8210-516.7510-5242.6710-549.4510-5223.2410-520.9310-544.8810-539.6210-547.0710-560.3710-5铬（Cr）29.2410-542.1310-518.0810-5157.5610-5173.4110-523.6110-52.6210-524.7810-589.9810-523.1310-5135.3210-534.8710-528.0710-5148.7510-5砷（As）71.4510-511.5910-595.3410-5280.5110-520.1010-554.5310-513.4510-575.0910-51 002.0010-543.2710-5159.8810-511.8510-552.0710-557.9410-5汞（Hg）1 361.0410-5357.5910-5368.0510-57 696.9710-554.1310-55 585.1410-511 176.4710-52 227.9710-54 680.0010-5542.5510-5260.6810-5291.5010-54 384.1210-51 324.3910-5119南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022属4。试验中各种植区土壤主要为中性和弱酸性，其中彭州市和郫都区土壤为弱酸性土，其他地区为中性土，从白菜的Cd富集系数来看，彭州市和郫都区显著高于其他区域，试验结果符合上述观点。pH降低会增加土壤中H+，易使吸附在胶体和矿物粒表面的重金属与H+交换量增大而进入土壤溶液；同时还会打破重金属溶解沉降的平衡，促进重金属阳离子的释放，增加植物对重金属的吸收。因此，彭州市和郫都区的试验样品区应重点关注氮肥的合理施用及土壤pH的调节，为蔬菜安全生产提供良好的种植条件。不同种类或品种的蔬菜，由于外部形态、内部结构的不同，吸收各类重金属元素的生理生化机制各异，其重金属元素的富集和迁移能力差异较大。有研究指出，叶菜类蔬菜对重金属的富集能力强于根茎类蔬菜5；按部位来分，富集能力大小则为根茎叶花果。本试验中，除大蒜外，各类蔬菜的整体富集规律与其他学者的研究基本吻合；选择的大蒜样品为地下鳞茎（蒜头），而未选择蒜苗、蒜苔及混合样品，导致富集系数相较于其他蔬菜更高，尤其是Cd富集系数，不能更准确地反映大蒜所有可食用部位对重金属富集的规律，有待于进一步研究。关于重金属在蔬菜中的迁移和富集的研究较多，主要集中在迁移和富集规律、特性方面。笔者认为接下来的工作重点仍然是系统总结重金属在蔬菜中迁移和富集规律，针对不同地区、不同土壤条件，筛选出适宜种植的蔬菜类型及品种，并进行推广应用，合理规避重金属在蔬菜可食部位的富集，为蔬菜安全生产提供技术支撑。参考文献：1顾燕青,顾优丽,白倩,等.杭州市菜地蔬菜对土壤重金属的富集特性研究J.农业资源与环境学报,2015,32(4):401-410.2李富荣,李敏,杜应琼,等.茄果类蔬菜对其产地土壤重金属的吸收富集与安全阈值研究J.农产品质量与安全,2018(1):52-58.3袁列江,杨梦昕,李萌立,等.湘江长沙段叶菜类蔬菜重金属富集规律及污染评价J.食品与机械,2015,31(1):59-63.4林君锋,高树芳,陈伟平,等.蔬菜对土壤镉铜锌富集能力的研究J.土壤与环境,2002(3):248-251.5赵小蓉,杨谢,陈光辉,等.成都平原区不同蔬菜品种对重金属富集能力研究J.西南农业学报,2010,23(4):1142-1146.（责任编辑：易婧）（上接第100页）ChineseFirWoodlandJ.JournalofChemicalEcology,2000,26(9):2211-2219.34Longchi 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